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聚有机硅氧烷化合物的合成和应用研究分析

2020-08-27 327 上传者：管理员

摘要：从20世纪30年代开始,人们已经关注到聚有机硅氧烷化合物的合成,并在其电气绝缘性、耐高温以及耐老化等优异性能支持下,越来越广泛的对聚有机硅氧烷加以应用,在该化合物特性发挥基础上,推动着相关应用领域的长足发展。为了更加深层次的应用聚有机硅氧烷化合物,更充分、全面地发挥其特性,文章着重通过实验方式探究聚有机硅氧烷化合物的合成及其应用,为相关研究及应用提供一定参考。

关键词：
化学
合成
应用
聚有机硅氧烷化合物
高分子化学
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1、前言

聚有机硅氧烷化合物属于一种新型有机无机杂化材料,其不仅包含有有机特性,还具有无机特性,电气绝缘性能突出,且表现出良好的韧性、耐候性、耐温性,在诸多领域都有广泛应用。为了进一步加深、拓宽聚有机硅氧烷化合物的应用范围,本文结合聚有机硅氧烷化合物的概述,以实验形式进行聚有机硅氧烷化合物的合成研究,同步浅析聚有机硅氧烷化合物在多个领域的应用。

2、聚有机硅氧烷概述

聚有机硅氧烷具有比较特殊的结构,其不仅包含有机硅材料特点,还呈现出无机材料特点,近年来广受关注。聚有机硅氧烷的获得,主要依靠多种官能团对应硅氧烷单体进行的水解缩聚反应,Si-O-Si属于其结构主链,同时硅原子又和不同有机基团存在连接,这些基团还可能是高度交联性质的半无机基团,多以有机硅材料当中同时包含了无机结构和有机基团。聚有机硅氧烷化合物的合成,需要先以多种硅氧烷单体或者单个硅氧烷单体为基础进行水解反应,实现预聚物的生成,之后再对预聚物进行进一步加热或者催化,获得固体树脂,该固体树脂表现为三维网状结构,具体结构可见图1。

图1聚有机硅氧烷树脂结构

表1为聚有机硅氧烷树脂组成的部分基本参数,其中,M1与M2在结构中属于必须存在的内容,其他单元以及具体配比可根据呈现出来的差异,表现出不同的结构性质。

聚有机硅氧烷具有很多种类,可按照不同方法进行不同分类,比如基于差异化主链分为改性聚有机硅氧烷、纯聚有机硅氧烷,基于与硅原子连接的差异化有机取代基种类,可分为聚苯基硅氧烷、聚甲基硅氧烷等。

3、聚有机硅氧烷化合物的合成

3.1 实验材料和试剂

合成聚有机硅氧烷化合物的主要材料有:苯基三乙氧基硅烷、苯基二甲氧基硅烷、六甲氧基二硅氧烷、二苯基二甲氧基硅烷、氢基二乙氧基硅烷、乙烯基乙氧基硅烷、无水乙醇、醋酸、甲苯、Pt络合物催化剂。

3.2 制备聚有机硅氧烷预聚物

本文合成聚有机硅氧烷化合物,首先进行其预聚物的合成制备,预聚物包括A和B两种,其中A含有硅乙烯基,而B则含有硅氢基和硅乙烯基。预聚物A涉及到的初始单体有VB、2P2A、P2A、P3B;预聚物B涉及到的初始单体有VB、H2B、2P2A、P3B。在烧瓶当中加入单体和适量无水乙醇,边搅拌边逐滴加入15g的超纯水,然后经过水浴实现升温,当温度达到50℃的时候,进行1h的搅拌,之后将单体MW加入其中,同时以逐滴形式将乙酸滴入其中,之后再等温度升到50℃的时候,再次进行1h的搅拌。最后,将甲苯加入其中,加入量为300mL,等待5h的反应。在反应结束后保持静置状态,实现水洗和抽滤,然后对甲苯溶液进行减压和蒸馏,最终获得聚有机硅氧烷对应预聚物A和预聚物B,预聚物均表现为无色透明状。

3.3 制备聚有机硅氧烷树脂

基于上步实验所得聚有机硅氧烷的预聚物A和预聚物B,按照标准比例进行Pt催化剂的滴加,之后均匀地进行搅拌,在180℃条件下进行1h的固化,进而获得聚有机硅氧烷树脂,该树脂具有高度交联特性。

3.4 聚有机硅氧烷预聚物和相关固化产物结构表征及分析

通过核磁共振波谱仪,对经过水解缩聚反应获得的相应聚有机硅氧烷预聚物具体化学结构进行表征,并对水解缩聚工艺实现科学研究。结合聚有机硅氧烷相应预聚物A和预聚物B的核磁谱分析结果,可发现硅原子有3个氧原子围绕在周边,因此两个预聚物中都比较强烈的呈现出T3峰,证明已经形成了联网状结构。其中因为有T2基团,所以硅氧烷进行的水解缩聚反应存在不完全现象。反应中有V基团出现,证明硅乙烯基已经被成功的引入到预聚物当中。其中P2基团以双管能基团形式出现,并有效地在体系当中实现了扩链,促使聚有机硅氧烷包含长分子链,以此确保其保持良好的韧性。综合来说,就是在硅氢基和硅乙烯基被引入其中后,预聚物就有了必备条件可进行硅氢加成反应。

通过傅里叶红外光谱仪对预聚物结构、固化后产物结构、硅氢加成过程进行表征。通过扫描分析,可发现两预聚物呈现出来的Si-OH对应吸收峰相对都很弱,代表水解缩聚反应已经较为完全的实现。预聚物B当中呈现出比较强烈的Si-C=C还有Si-H两吸收峰,此结果和核磁结果保持一致,并且在固化之后两吸收峰均消失,代表硅氢加成反应进行的比较完全。两预聚物当中都同时出现Ph-Si-O-Si和Ph-SiO3/2两吸收峰,代表水解反应不够完全。

通过凝胶渗透色谱仪对聚合物对应多分散系数、重均分子量以及数均分子量进行测定。通过粘度测定仪,对聚有机硅氧烷相应预聚物粘度进行测试。通过实验和检测,证明分子量过大,会造成预聚物有过大的粘度,对硅氧加成反应产生不利影响。而PDI值表现的比较小,代表两预聚物分子量均为窄性分布,具有良好的热稳定性。

3.5 聚有机硅氧烷光学性能表征及分析

通过折光指数测试仪对聚有机硅氧烷相应预聚物进行折光指数的测试;在聚有机硅氧烷树脂实现固化之后,通过紫外可见光谱仪对其透光率进行测试,设置测试区间为350nm至800nm。通过检测,发现所合成的两预聚物表现出的透明性均很好,并且因为苯基存在高度极化现象,所有聚有机硅氧烷量预聚物检测出来的折光指数都在1.52之上,光学性能优异。另外,检测中发现可见光区间内,聚有机硅氧烷均未表现出明显吸收,并且在400～800nm区间内透光率都在99%以上,可见两预聚物都具有良好的透明度。

4、聚有机硅氧烷化合物的应用

聚有机硅氧烷化合物具有韧性大、透明度高、重量轻等特点,很容易进行成型加工,制造温度也明显比无机玻璃要低,近年来透明度高的聚有机硅氧烷化合物日渐代替无机玻璃,在光学透明材料中具有突出的应用优势,并且在光学透明领域具有越来越广泛的应用。与环氧基以及其他类型的树脂基封装材料相比,聚有机硅氧烷应用在封装、密封材料以及涂层当中,可以在高温环境下表现出更优异的热稳定性,可以有效对抗泛黄。相比有机高分子材料,聚有机硅氧烷作为有机无机杂化材料,其化学耐久度更高,光学性能更好,所以像苯基取代基聚有机硅氧烷目前被用作低熔融钝化处理材料和管式封装材料,在电子封装领域具有广泛应用,尤其在LED封装当中具有突出的应用优势。

另外,氨基改性聚醚型聚有机硅氧烷作为一种有机硅高聚物,具有良好的亲水性,这种聚有机硅氧烷包含了非离子型的亲水基团,可以使表面张力减弱,同时还可通过任意比例保持和水之间的混溶,在日用化工和纺织印染领域具有广泛应用。以聚有机硅氧烷为主要成分合成的整理剂,可以使织物具有良好的抗静电效果和弹性手感,且织物会更加柔软和丰满,用其进行整理的织物会表现出很强的吸汗性和耐洗性、卫生性。聚有机硅氧烷改性聚氨酯不仅可以保留聚氨酯其原有抗曲挠性、抗撕裂性、耐磨性等机械性能,还同步表现出聚有机硅氧烷优异性能,在胶粘剂、涂饰剂、涂料等产品中具有广泛应用。同时,经过长期研究和应用拓展,聚有机硅氧烷也逐渐开始应用到膜材料、生物医学材料、聚合物电解质基材等新领域。

5、结束语

聚有机硅氧烷具有比较复杂的结构,其合成工艺和参数等直接关系到合成效果,为了更加深入的研究聚有机硅氧烷合成方法,并创新其合成技术,需要相关研究人员加强对聚有机硅氧烷合成中反应单体、工艺参数、催化剂等研究,以制备出性能更加优异的聚有机硅氧烷化合物。同时,相关研究人员还要重视聚有机硅氧烷在更多新领域的应用研究,在其优异特性支持下,促进相关应用领域的进一步发展。

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